JP2990540B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2990540B2
JP2990540B2 JP3018571A JP1857191A JP2990540B2 JP 2990540 B2 JP2990540 B2 JP 2990540B2 JP 3018571 A JP3018571 A JP 3018571A JP 1857191 A JP1857191 A JP 1857191A JP 2990540 B2 JP2990540 B2 JP 2990540B2
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capacitor
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清 入野
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関する。特
に、誘電率が高く厚さが薄い誘電体膜を部材の一部に含
む半導体装置、例えばキャパシタ・MOSトランジスタ
等に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device including a dielectric film having a high dielectric constant and a small thickness as a part of a member, such as a capacitor and a MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置には、キャパシタやMOSト
ランジスタ等、誘電率が高く厚さが薄い誘電体膜を部材
の一部に含む半導体装置がある。
2. Description of the Related Art Some semiconductor devices include a dielectric film having a high dielectric constant and a small thickness, such as a capacitor and a MOS transistor, as a part of a member.

【0003】キャパシタのキャパシティは誘電体膜の誘
電率と電極対向面積とに比例し、電極間距離に逆比例す
るから、基板に平面的に形成するときは集積度の向上が
仲々困難である。また、MOSトランジスタにあって
は、ゲートの制御電圧には制限があるから、ゲート絶縁
膜の誘電率を大きくなしえないと、出力電流が制限され
る結果となるばかりでなく、絶縁耐力を十分大きくなし
えないと云う欠点がある。
Since the capacity of a capacitor is proportional to the dielectric constant of a dielectric film and the area facing electrodes and inversely proportional to the distance between electrodes, it is difficult to improve the degree of integration when the capacitor is formed in a plane on a substrate. . Further, in the case of MOS transistors, the control voltage of the gate is limited. Therefore, if the dielectric constant of the gate insulating film cannot be made large, not only will the output current be limited, but also the dielectric strength will be insufficient. There is a drawback that it cannot be done much.

【0004】一方、半導体装置にあっては、集積度の向
上は、最も重要な要請の一つであるから、キャパシタの
誘電体膜やMOSトランジスタのゲート絶縁膜は、極め
て重要な技術開発課題の対象である。
On the other hand, in a semiconductor device, improvement in integration is one of the most important requirements. Therefore, a dielectric film of a capacitor and a gate insulating film of a MOS transistor are extremely important technical development issues. The subject.

【0005】キャパシタの集積度を向上するため、従来
技術にあっては、下記の二つの手法が開発されている。
In order to improve the degree of integration of capacitors, the following two techniques have been developed in the prior art.

【0006】第1の手法は、平板型キャパシタを半導体
基板に垂直に形成する手法である。この手法は、半導体
基板の導電型領域(不純物がドープされている領域)に
垂直にできるだけ深く平板状の開口を穿設し、この開口
の内面を誘電体化し、その後、この開口内を導電性物質
をもって充填する手法である。しかし、この手法を実施
するには、幅は狭いが深さの深い開口を穿設する必要が
あり、また、この開口を充填する必要があるが、深さの
深い開口を穿設しようとすると、平板状の開口とはなら
ずテーパ状の開口となり、また、この開口を充填しよう
とすると、完全には充填されず深部に空洞が発生しやす
く、歩留りより製造することが困難であると云う欠点が
ある。
A first technique is to form a flat capacitor vertically on a semiconductor substrate. In this method, a flat plate-shaped opening is formed as deeply as possible perpendicularly to a conductive type region (a region where impurities are doped) of a semiconductor substrate, and the inner surface of the opening is made into a dielectric material. This is a method of filling with a substance. However, to implement this technique, it is necessary to drill an opening that is narrow but deep, and it is necessary to fill this opening, but if you try to drill a deep opening, However, it is not a flat opening but a tapered opening, and if this opening is to be filled, it is not filled completely and a cavity is apt to be generated in a deep portion, and it is difficult to manufacture from the yield. There are drawbacks.

【0007】第2の手法は、N型の多結晶シリコン層の
表面を酸化すると、その表面に極めて微細な凹凸が形成
されて、その表面積が増加する性質を利用したものであ
り、半導体基板の導電型領域(不純物がドープされてい
る領域)にN型の多結晶シリコン層を形成し、これを酸
化して、N型の多結晶シリコン層の表面に、表面積が増
加された誘電体膜を形成し、さらにその上に導電体層を
形成するものであるが、酸化のために高温工程を必要と
する他工程的不利益が避け難いと云う欠点がある。
The second method utilizes the property that when the surface of an N-type polycrystalline silicon layer is oxidized, extremely fine irregularities are formed on the surface and the surface area increases. An N-type polycrystalline silicon layer is formed in a conductive type region (a region where impurities are doped) and oxidized to form a dielectric film having an increased surface area on the surface of the N-type polycrystalline silicon layer. It is formed, and a conductor layer is further formed thereon. However, there is a disadvantage in that a high temperature process is required for oxidation and disadvantages in other processes are unavoidable.

【0008】さらに、誘電体膜の材料として窒化シリコ
ンを使用することも可能であるが、二酸化シリコンに比
べて、製造工程的な不利益が多く、現実的とは言えな
い。
Although it is possible to use silicon nitride as a material for the dielectric film, there are many disadvantages in the manufacturing process as compared with silicon dioxide, which is not practical.

【0009】また、二酸化シリコンの比誘電率は4であ
り、窒化シリコンの比誘電率は7〜8であり、いづれを
使用するとしても、誘電率は必ずしも十分に大きくはな
い。
The relative permittivity of silicon dioxide is 4, and the relative permittivity of silicon nitride is 7 to 8, and the dielectric constant is not always sufficiently high, no matter which one is used.

【0010】しかも、酸化工程を使用して二酸化シリコ
ン膜を形成しようとすると、角部が薄くなり、気相成長
法等の堆積工程を使用して、開口を二酸化シリコンや窒
化シリコンをもって充填しようとすると、上記のとお
り、深部に空洞が発生する欠点がある。
Moreover, when the silicon dioxide film is formed by using the oxidation process, the corners become thin, and the opening is filled with silicon dioxide or silicon nitride by using a deposition process such as a vapor phase growth method. Then, as described above, there is a disadvantage that a cavity is generated in a deep portion.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記したとおり、誘電
率が高く厚さが薄い誘電体膜の部材、特に、このような
誘電体膜が開口中に形成されている部材を製造すること
は容易ではなく、キャパシタ・MOSトランジスタ等こ
のような部材を含む半導体装置に対する要請は極めて大
きい。
As described above, it is easy to manufacture a member of a dielectric film having a high dielectric constant and a small thickness, in particular, a member having such a dielectric film formed in an opening. Rather, a demand for a semiconductor device including such a member such as a capacitor and a MOS transistor is extremely large.

【0012】本発明の目的は、この要請に応えることに
あり、誘電率が高く厚さが薄い誘電体の膜を部材の一部
に含む半導体装置、例えば、キャパシタ・MOSトラン
ジスタ等を提供することにある。
An object of the present invention is to meet this demand, and to provide a semiconductor device including a dielectric film having a high dielectric constant and a small thickness as a part of a member, for example, a capacitor and a MOS transistor. It is in.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、半導体基
板(1)の表面に形成された絶縁膜(2)を選択的に開
口して、露出した半導体基板(1)の表面から、この絶
縁膜(2)の表面に延在するように形成される電極コン
タクト層(4)と、この電極コンタクト層(4)の表面
に形成される、第1の絶縁物の膜(5)と半導体の膜
(6)と第2の絶縁物の膜(7)との積層体をもって構
成される誘電体の膜(9)と、この誘電体の膜(9)の
表面に、前記の電極コンタクト層(4)と電気的に接触
しないように形成される導電体膜(8)とを有する半導
体装置により達成される。
The object of the present invention is to selectively open an insulating film (2) formed on the surface of a semiconductor substrate (1) and to open the insulating film (2) from the exposed surface of the semiconductor substrate (1). An electrode contact layer (4) formed so as to extend on the surface of the insulating film (2); a first insulator film (5) formed on the surface of the electrode contact layer (4); and a semiconductor A dielectric film (9) composed of a laminate of the film (6) and the second insulator film (7), and the electrode contact layer on the surface of the dielectric film (9). This is achieved by a semiconductor device having (4) and a conductive film (8) formed so as not to make electrical contact.

【0014】そして、前記の第1の絶縁物の膜(5)の
材料と前記の第2の絶縁物の膜(7)の材料とには、と
もに、酸化シリコンまたは窒化シリコンを使用すると好
適である。
Preferably, silicon oxide or silicon nitride is used for both the material of the first insulator film (5) and the material of the second insulator film (7). is there.

【0015】[0015]

【作用】本発明に係る誘電体の膜は、比誘電率が約12
と大きな半導体(例えば非晶質または多結晶のシリコ
ン)の膜が、酸化シリコン・窒化シリコン等の絶縁物の
膜をもって挟まれた積層体であるから、比誘電率は十分
に大きく(各層の厚さの割合によるが、実験の結果によ
れば10以上)、誘電率が高く厚さが薄い誘電体膜とな
る。特に下地がシリコン等の場合、酸化工程と気相成長
工程のみをもって形成しうるため、カバレージは良好に
なり、膜厚が均一になる。
The dielectric film according to the present invention has a relative dielectric constant of about 12
And a large semiconductor (for example, amorphous or polycrystalline silicon) film is sandwiched between insulating films such as silicon oxide and silicon nitride, so that the relative dielectric constant is sufficiently large (the thickness of each layer is large). (Depending on the ratio of the thickness, but 10 or more according to the experimental results), a dielectric film having a high dielectric constant and a small thickness is obtained. In particular, when the base is made of silicon or the like, it can be formed only by the oxidation step and the vapor phase growth step, so that the coverage is good and the film thickness becomes uniform.

【0016】[0016]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る平面型キャパシタについて、さらに、説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A flat capacitor according to an embodiment of the present invention will be further described below with reference to the drawings.

【0017】図2参照 図2は本発明の一実施例に係る半導体装置(キャパシ
タ)の製造工程図である。
Referring to FIG. 2, FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device (capacitor) according to one embodiment of the present invention.

【0018】その中に素子(図示せず。)の形成された
シリコン基板1のフィールド絶縁膜2上のキャパシタ電
極形成予定領域にキャパシタ電極コンタクト用開口を形
成し、その上に多結晶シリコン膜を形成し、リン等N型
不純物をイオン注入した後、キャパシタ電極の形状にパ
ターニングしてキャパシタの一方の電極3と電極コンタ
クト層4とを形成する。
An opening for a capacitor electrode contact is formed in a region where a capacitor electrode is to be formed on a field insulating film 2 of a silicon substrate 1 having an element (not shown) formed therein, and a polycrystalline silicon film is formed thereon. Then, after ion-implanting an N-type impurity such as phosphorus, the electrode is patterned into a shape of a capacitor electrode to form one electrode 3 of the capacitor and an electrode contact layer 4.

【0019】なお、図において、11は高不純物濃度埋め
込み層であり、すでに形成されている素子(図示せ
ず。)のいづれかの端子と接続されている。
In the figure, reference numeral 11 denotes a high impurity concentration buried layer, which is connected to any terminal of an already formed element (not shown).

【0020】図3参照 図3は本発明の一実施例に係る半導体装置(キャパシ
タ)の製造工程図である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device (capacitor) according to one embodiment of the present invention.

【0021】850℃において乾燥酸素を供給してキャ
パシタの一方の電極3の表層を50Å程度の厚さを酸化
して厚さ約100Åの第1の絶縁物膜5を形成する。
At 850 ° C., dry oxygen is supplied to oxidize the surface layer of one electrode 3 of the capacitor to a thickness of about 50 ° to form a first insulator film 5 having a thickness of about 100 °.

【0022】つゞいて、基板温度を450℃に保持しな
がらジシランを供給して、多結晶シリコン膜または非晶
質シリコン膜6を形成する。
Subsequently, disilane is supplied while maintaining the substrate temperature at 450 ° C. to form a polycrystalline silicon film or an amorphous silicon film 6.

【0023】再び850℃において乾燥酸素を供給して
多結晶シリコン膜または非晶質シリコン膜6の表層を、
50Å程度の厚さに酸化して厚さ100Åの第2の絶縁
膜7を形成する。
At 850 ° C., dry oxygen is supplied again to form a surface layer of the polycrystalline silicon film or the amorphous silicon film 6.
It is oxidized to a thickness of about 50 ° to form a second insulating film 7 having a thickness of 100 °.

【0024】次に、リン等のN型不純物を含む多結晶シ
リコン膜8を厚さ500Åに形成する。
Next, a polycrystalline silicon film 8 containing an N-type impurity such as phosphorus is formed to a thickness of 500.degree.

【0025】図1参照 図1は本発明の一実施例に係る半導体装置(キャパシ
タ)の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device (capacitor) according to one embodiment of the present invention.

【0026】多結晶シリコン膜8と第2の絶縁膜7とシ
リコン膜6とを、キャパシタ電極とその配線の形状にパ
ターニングして、キャパシタを完成する。
The polycrystalline silicon film 8, the second insulating film 7, and the silicon film 6 are patterned into a shape of a capacitor electrode and its wiring to complete a capacitor.

【0027】こゝで、第1の絶縁膜5とシリコン膜6と
第2の絶縁膜7との積層体9が、このキャパシタの誘電
体膜である。
Here, the laminated body 9 of the first insulating film 5, the silicon film 6, and the second insulating film 7 is a dielectric film of the capacitor.

【0028】その後パッシベーション膜等を形成するこ
とが一般であるが、当業界において周知の事実であるか
ら記述を省略する。
After that, a passivation film or the like is generally formed, but the description is omitted because it is a well-known fact in the art.

【0029】この実施例に係るキャパシタはその誘電体
膜として、シリコン膜6が第1の絶縁膜5と第2の絶縁
膜7とに挟まれている積層体であるので、その比誘電率
は約10以上であり、二酸化シリコンの比誘電率(4)
や窒化シリコンの比誘電率(7〜8)より顕著に大き
い。そのため、小さな平面積をもって大きなキャパシテ
ィを実現しうる。
Since the capacitor according to this embodiment is a laminate in which a silicon film 6 is sandwiched between a first insulating film 5 and a second insulating film 7 as a dielectric film, its relative dielectric constant is More than about 10 and the relative dielectric constant of silicon dioxide (4)
And the dielectric constant (7 to 8) of silicon nitride. Therefore, a large capacity can be realized with a small plane area.

【0030】また、上記の工程においては、膜厚を均一
になし難い工程等は全く使用されていないので、工程が
簡略であり、しかも製造歩留りが良好である。
Further, in the above-mentioned steps, since steps which make it difficult to make the film thickness uniform are not used at all, the steps are simplified and the production yield is good.

【0031】なお、本発明がMOSトランジスタのゲー
ト絶縁膜としても利用しうることは云うまでもない。
It goes without saying that the present invention can also be used as a gate insulating film of a MOS transistor.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る半導
体装置は、その誘電体の膜として、酸化シリコンの膜ま
たは窒化シリコンの膜である第1の絶縁物の膜とシリコ
ンの膜特に多結晶シリコンの膜である半導体の膜と酸化
シリコンの膜または窒化シリコンの膜である第2の絶縁
物の膜との積層体を誘電体の膜として使用されており、
この積層体よりなる誘電体の膜の比誘電率は、各層の厚
さの割合によるが、実験の結果によれば10以上と十分
に大きいので、誘電率が高く厚さが薄い誘電体の膜を部
材の一部に含む半導体装置、例えば、キャパシタ・MO
Sトランジスタ等を提供することができる。
As described above, in the semiconductor device according to the present invention, as the dielectric films, the first insulator film, which is a silicon oxide film or a silicon nitride film, and the silicon film, particularly the polycrystalline film. A laminate of a semiconductor film which is a silicon film and a second insulator film which is a silicon oxide film or a silicon nitride film is used as a dielectric film,
The relative dielectric constant of the dielectric film composed of the laminated body depends on the ratio of the thickness of each layer. However, according to the results of the experiment, the dielectric constant is sufficiently large at 10 or more. Device including a part of a member, for example, a capacitor MO
An S transistor or the like can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る半導体装置(キャパシ
タ)の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device (capacitor) according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例に係る半導体装置(キャパシ
タ)の製造工程図である。
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a semiconductor device (capacitor) according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例に係る半導体装置(キャパシ
タ)の製造工程図である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the semiconductor device (capacitor) according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 素子の形成されているシリコン基板 11 高不純物濃度埋め込み層 2 フィールド絶縁膜 3 キャパシタの一方の電極 4 電極コンタクト層 5 第1の絶縁膜 6 半導体膜 7 第2の絶縁膜 8 導電体膜(不純物を含む多結晶シリコン膜) 9 誘電体の膜(積層体) Reference Signs List 1 silicon substrate on which element is formed 11 high impurity concentration buried layer 2 field insulating film 3 one electrode of capacitor 4 electrode contact layer 5 first insulating film 6 semiconductor film 7 second insulating film 8 conductor film (impurity 9) Dielectric film (laminated body)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 27/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板(1)の表面に形成された絶
縁膜(2)を選択的に開口して、露出した該半導体基板
(1)の表面から、該絶縁膜(2)の表面に延在するよ
うに形成される電極コンタクト層(4)と、該電極コン
タクト層(4)の表面に形成される、第1の絶縁物の膜
(5)と半導体の膜(6)と第2の絶縁物の膜(7)と
の積層体をもって構成される誘電体の膜(9)と、該誘
電体の膜(9)の表面に、前記電極コンタクト層(4)
と電気的に接触しないように形成される導電体膜(8)
とを有することを特徴とする半導体装置。
An insulating film (2) formed on a surface of a semiconductor substrate (1) is selectively opened, and a surface of the semiconductor film (2) is exposed from an exposed surface of the semiconductor substrate (1). An electrode contact layer (4) formed to extend; a first insulator film (5), a semiconductor film (6), and a second film formed on the surface of the electrode contact layer (4). A dielectric film (9) composed of a laminate of the insulator film (7), and the electrode contact layer (4) on the surface of the dielectric film (9).
Conductive film (8) formed so as not to make electrical contact with
And a semiconductor device comprising:
【請求項2】 前記第1の絶縁物の膜(5)の材料と前
記第2の絶縁物の膜(7)の材料は、ともに、酸化シリ
コンまたは窒化シリコンであることを特徴とする請求項
1記載の半導体装置。
2. The material of the first insulator film (5) and the material of the second insulator film (7) are both silicon oxide or silicon nitride. 2. The semiconductor device according to 1.
JP3018571A 1991-02-12 1991-02-12 Semiconductor device Expired - Lifetime JP2990540B2 (en)

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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
清水潤治著「半導体工学の基礎」,コロナ社発行,1986年,第49−50頁

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JPH04257254A (en) 1992-09-11

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